（河南省电力勘测设计院 河南郑州 450007）
摘要：经济在快速的发展，社会在不断的进步，分析了我国光伏电站发展形势，探讨了储能技术在光伏电站并网中的作用，通过对比分析几种储能技术，提出混合储能，并将蓄电池与超级电容混合使用，构建了基于混合储能的光伏电站并网系统。仿真验证了储能技术在光伏电站并网中的应用效果。
关键词：太阳能资源；光伏电站；并网运行；储能技术；混合储能
引言
随着化石燃料的逐渐枯竭和环境污染的日益加重，以风电和光伏为代表的可再生能源电站在世界范围内得到了迅猛的发展。为进一步促进节能减排、确保能源安全，我国政府承诺：截至2020年，全社会总能源消费中至少要有15%来自非化石燃料，而大力发展可再生能源是实现此目标的有力保障。由此可预见，未来一段时间内，并网可再生能源电站的容量将呈现出稳步增长的趋势。受输入一次能源限制，并网可再生能源电力呈现出固有的间歇性特性。现有研究表明：间歇性可再生能源电站并网将对电网产生一定的负面影响，如降低发电系统可靠性，增加系统调度复杂程度，降低系统运行效益等。此外，受诸多因素影响，可再生能源电力还呈现出较强的波动特性，如受云层遮挡、光照强度波动等因素的影响，光伏电站出力将呈现波动性。而由于受塔影效应、偏航误差、风剪切效应及风机切换操作等因素的影响，风电也呈现出剧烈波动的趋势。若不加控制，可再生能源电力的剧烈波动可能会导致并网点（pointofcommoncoupling，PCC）的一系列电能质量问题，进而威胁电网的安全稳定运行。
1光伏并网发电系统的基本结构
光伏并网发电系统的基本结构有：光伏电池阵列，蓄电池组，逆变器和配电网等多个部分组成。光伏并网发电系统在一定程度上可以分为两种，一种是可调度式并网光伏发电系统，另一种是不可调度式并网光伏发电系统。可调度式并网光伏发电系统可以设置储能装置。除此之外，还有不间断的电源以及能够做到源滤波的功能，同时可调度式并网光伏发电系统还有益于电网调峰。不可调度式并网光伏发电系统，在与主电网断开的情况下，系统自动停止供电工作。这两个系统最大的不同就是可调度式光伏发电系统可以持续不间断供电工作，不会停止；而不可调度式光伏发电系统，在与主电网断开的情况下，可以自动停止供电工作。逆变器在系统中具有重要的作用，它具有三大发展趋势：（1）拓扑结构日趋简单，生产成本逐步降低，体积逐步变小，节约成本是它发展的最大优势。（2）允许的最大输入电流电压范围逐步扩大，逐步加强对软开关技术的应用。（3）电网适应性不断增强，各种保护更加完善，确保安全可靠。现阶段，一般的光伏并网发电系统具有三个显著的特点，一是受环境因素例如气候以及灰尘的影响，受气候影响侯其输出的功率会存在不稳定性；二是受地域条件的限制，例如气候以及地理条件的不同业委会影响到光伏系统的发电效率。光伏系统的发电效率在光照条件较好的地区会有更高的效率，除了上述的两个特点之外，光伏系统的发电转换效率不够高，这也使得光伏发电难以形成一个完整的系统，效率不高。该系统采用了MPPT（最大功率点跟踪）技术，为了满足太阳能的使用要求，对光伏发电的吸收和利用要求相对较高，一般光伏发电系统采用并联电压相和联通电流，系统本身只提供有源电力。
2储能技术在光伏并网发电系统中的应用
2.1微电网
微电网是一种相对分散的独立供配电能源系统，主要由负荷和多个微电源组成。系统采用了大量的先进电力技术以及能量管理控制技术，将汽柴油发电机或者风电、光伏发电及储能设备等装置整合在一起，接入到用户侧。微电网可在秒级甚至毫秒级动作，以提高负载供电的可靠性，同时对电网削峰填谷、降低线路损耗、稳定电网电压起到重要作用，还可以提供不间断电源满足负载需求。在未来的供电系统中，微电网系统会成为一个重要的发展方向，微电网系统的运用，将会极大地提升当前电网的工作效率以及其稳定性与安全性，因为微电网系统可以在微电网与发电系统分离的时候对负载进行独立的供电，所以其稳定性会更高。
2.2超级电容控制策略
超级电容主要用于平抑高频功率波动，若是对Ｂｉ－ＤＣ／ＤＣ２采用图1所示的控制方法，则会引发直流母线电压越限问题。为此，系统采用如图2的控制方法：外环为电压ｕｄｃ，确保母线电压稳定；内环为电感电流ｉｓｃ，确保超级电容快速电流动态响应。通过分析可知，比较直流母线电压ｕｄｃ、ｕ＊ｄｃ后，通过ＰＩ控制器生成参考电流值ｉ＊ｓｃ，并与电流反馈量ｉｓｃ比较后送入ＰＩ控制器，由此获得Ｂｉ－ＤＣ／ＤＣ２调制信号，并经三角载波比较形成ＰＷＭ信号，以控制Ｂｉ－ＤＣ／ＤＣ２。在此控制策略下，可有效确保母线电压ｕｄｃ稳定，较好地平抑高频功率波动。
图 2Bi-DC/DC2 控制系统框图
2.3储能系统连接
蓄电池、超级电容可直接与光伏电源并联，但要求二者端电压一致。基于两者充放电技术特性，通过Ｂｉ－ＤＣ／ＤＣ双向功率变换器，可实现充放电的灵活控制，即使面临光伏功率波动的情况，也可保证超级电容、蓄电池同时输出功率，分别提供高频、低频脉动功率，由此减少蓄电池输出电流波动，保证其安全、稳定的运行。
2.4控制技术
为了能够提高储能装置的使用寿命，以及尽可能地提高储能装置的输出功率，提升储能装置的工作效率，就需要对储能装置的充放电情况进行详细的分析，并以此来指定有针对性的储能装置充放电策略。例如，铅蓄电池在充电是往往需要更长的充电时间，所以在对铅蓄电池在充电的时候尽可能选用较小的电流充电，防止其储电能力的下降，缩短蓄电池寿命。光伏发电的直流电作为主要的储能装置的充电电源，其具有不稳定性和波动性，使得其充电不够稳定。所以，为了解决储能装置的充放电问题，需要先进的储能装置管理控制系统和来保证在不破坏储能装置的使用寿命的充放电策略，除此之外，不能使用工业上的高频交流电来对常见的储能装置例如飞轮储能以及电池等储能装置进行充电，所以在对这些储能装置进行充电的时候需要功率转换器来进行。
结语
本文分析了在电网中接入光伏发电产生的一系列的影响，并且对各种有效的储能方式的应用进行了探讨与总结。同时，还对储能方式在光伏发电系统的应用而带来的影响进行了探讨，以期对日后的工作产生一定的参考作用。由于光伏电站受环境的影响较大，输出具有不稳定性的特点。光伏发电对配电网的电压波动、电能质量和继电保护装置都有不可避免的影响。随着光伏发电和风力发电的蓬勃发展，电力系统储能技术得到了迅速发展，储能装置能有效降低配电系统的峰值充填，降低电网的波动，控制电能质量，提供停电保护，光伏电网集成对电网的影响已经大大消除。
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论文作者:刘鹏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第35期
论文发表时间:2019/5/24
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